git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/pawns.cpp

   1 /*
   2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5   Copyright (C) 2015-2016 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
   6
   7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  10   (at your option) any later version.
  11
  12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15   GNU General Public License for more details.
  16
  17   You should have received a copy of the GNU General Public License
  18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19 */
  20
  21 #include <algorithm>
  22 #include <cassert>
  23
  24 #include "bitboard.h"
  25 #include "pawns.h"
  26 #include "position.h"
  27 #include "thread.h"
  28
  29 namespace {
  30
  31   #define V Value
  32   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
  33
  34   // Isolated pawn penalty by opposed flag
  35   const Score Isolated[2] = { S(45, 40), S(30, 27) };
  36
  37   // Backward pawn penalty by opposed flag
  38   const Score Backward[2] = { S(56, 33), S(41, 19) };
  39
  40   // Unsupported pawn penalty for pawns which are neither isolated or backward,
  41   // by number of pawns it supports [less than 2 / exactly 2].
  42   const Score Unsupported[2] = { S(17, 8), S(21, 12) };
  43
  44   // Connected pawn bonus by opposed, phalanx, twice supported and rank
  45   Score Connected[2][2][2][RANK_NB];
  46
  47   // Doubled pawn penalty
  48   const Score Doubled = S(18,38);
  49
  50   // Lever bonus by rank
  51   const Score Lever[RANK_NB] = {
  52     S( 0,  0), S( 0,  0), S(0, 0), S(0, 0),
  53     S(17, 16), S(33, 32), S(0, 0), S(0, 0) };
  54
  55   // Weakness of our pawn shelter in front of the king by [distance from edge][rank]
  56   const Value ShelterWeakness[][RANK_NB] = {
  57     { V( 97), V(21), V(26), V(51), V(87), V( 89), V( 99) },
  58     { V(120), V( 0), V(28), V(76), V(88), V(103), V(104) },
  59     { V(101), V( 7), V(54), V(78), V(77), V( 92), V(101) },
  60     { V( 80), V(11), V(44), V(68), V(87), V( 90), V(119) } };
  61
  62   // Danger of enemy pawns moving toward our king by [type][distance from edge][rank]
  63   const Value StormDanger[][4][RANK_NB] = {
  64     { { V( 0),  V(  67), V( 134), V(38), V(32) },
  65       { V( 0),  V(  57), V( 139), V(37), V(22) },
  66       { V( 0),  V(  43), V( 115), V(43), V(27) },
  67       { V( 0),  V(  68), V( 124), V(57), V(32) } },
  68     { { V(20),  V(  43), V( 100), V(56), V(20) },
  69       { V(23),  V(  20), V(  98), V(40), V(15) },
  70       { V(23),  V(  39), V( 103), V(36), V(18) },
  71       { V(28),  V(  19), V( 108), V(42), V(26) } },
  72     { { V( 0),  V(   0), V(  75), V(14), V( 2) },
  73       { V( 0),  V(   0), V( 150), V(30), V( 4) },
  74       { V( 0),  V(   0), V( 160), V(22), V( 5) },
  75       { V( 0),  V(   0), V( 166), V(24), V(13) } },
  76     { { V( 0),  V(-283), V(-281), V(57), V(31) },
  77       { V( 0),  V(  58), V( 141), V(39), V(18) },
  78       { V( 0),  V(  65), V( 142), V(48), V(32) },
  79       { V( 0),  V(  60), V( 126), V(51), V(19) } } };
  80
  81   // Max bonus for king safety. Corresponds to start position with all the pawns
  82   // in front of the king and no enemy pawn on the horizon.
  83   const Value MaxSafetyBonus = V(258);
  84
  85   #undef S
  86   #undef V
  87
  88   template<Color Us>
  89   Score evaluate(const Position& pos, Pawns::Entry* e) {
  90
  91     const Color  Them  = (Us == WHITE ? BLACK    : WHITE);
  92     const Square Up    = (Us == WHITE ? DELTA_N  : DELTA_S);
  93     const Square Right = (Us == WHITE ? DELTA_NE : DELTA_SW);
  94     const Square Left  = (Us == WHITE ? DELTA_NW : DELTA_SE);
  95
  96     Bitboard b, neighbours, stoppers, doubled, supported, phalanx;
  97     Square s;
  98     bool opposed, lever, connected, backward;
  99     Score score = SCORE_ZERO;
 100     const Square* pl = pos.squares<PAWN>(Us);
 101     const Bitboard* pawnAttacksBB = StepAttacksBB[make_piece(Us, PAWN)];
 102
 103     Bitboard ourPawns   = pos.pieces(Us  , PAWN);
 104     Bitboard theirPawns = pos.pieces(Them, PAWN);
 105
 106     e->passedPawns[Us] = e->pawnAttacksSpan[Us] = 0;
 107     e->kingSquares[Us] = SQ_NONE;
 108     e->semiopenFiles[Us] = 0xFF;
 109     e->pawnAttacks[Us] = shift_bb<Right>(ourPawns) | shift_bb<Left>(ourPawns);
 110     e->pawnsOnSquares[Us][BLACK] = popcount(ourPawns & DarkSquares);
 111     e->pawnsOnSquares[Us][WHITE] = pos.count<PAWN>(Us) - e->pawnsOnSquares[Us][BLACK];
 112
 113     // Loop through all pawns of the current color and score each pawn
 114     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 115     {
 116         assert(pos.piece_on(s) == make_piece(Us, PAWN));
 117
 118         File f = file_of(s);
 119
 120         e->semiopenFiles[Us] &= ~(1 << f);
 121         e->pawnAttacksSpan[Us] |= pawn_attack_span(Us, s);
 122
 123         // Flag the pawn
 124         opposed    = theirPawns & forward_bb(Us, s);
 125         stoppers   = theirPawns & passed_pawn_mask(Us, s);
 126         lever      = theirPawns & pawnAttacksBB[s];
 127         doubled    = ourPawns   & (s + Up);
 128         neighbours = ourPawns   & adjacent_files_bb(f);
 129         phalanx    = neighbours & rank_bb(s);
 130         supported  = neighbours & rank_bb(s - Up);
 131         connected  = supported | phalanx;
 132
 133         // A pawn is backward when it is behind all pawns of the same color on the
 134         // adjacent files and cannot be safely advanced.
 135         if (!neighbours || lever || relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 136             backward = false;
 137         else
 138         {
 139             // Find the backmost rank with neighbours or stoppers
 140             b = rank_bb(backmost_sq(Us, neighbours | stoppers));
 141
 142             // The pawn is backward when it cannot safely progress to that rank:
 143             // either there is a stopper in the way on this rank, or there is a
 144             // stopper on adjacent file which controls the way to that rank.
 145             backward = (b | shift_bb<Up>(b & adjacent_files_bb(f))) & stoppers;
 146
 147             assert(!backward || !(pawn_attack_span(Them, s + Up) & neighbours));
 148         }
 149
 150         // Passed pawns will be properly scored in evaluation because we need
 151         // full attack info to evaluate them.
 152         if (!stoppers && !(ourPawns & forward_bb(Us, s)))
 153             e->passedPawns[Us] |= s;
 154
 155         // Score this pawn
 156         if (!neighbours)
 157             score -= Isolated[opposed];
 158
 159         else if (backward)
 160             score -= Backward[opposed];
 161
 162         else if (!supported)
 163             score -= Unsupported[more_than_one(neighbours & pawnAttacksBB[s])];
 164
 165         if (connected)
 166             score += Connected[opposed][!!phalanx][more_than_one(supported)][relative_rank(Us, s)];
 167
 168         if (doubled)
 169             score -= Doubled;
 170
 171         if (lever)
 172             score += Lever[relative_rank(Us, s)];
 173     }
 174
 175     b = e->semiopenFiles[Us] ^ 0xFF;
 176     e->pawnSpan[Us] = b ? int(msb(b) - lsb(b)) : 0;
 177
 178     return score;
 179   }
 180
 181 } // namespace
 182
 183 namespace Pawns {
 184
 185 /// Pawns::init() initializes some tables needed by evaluation. Instead of using
 186 /// hard-coded tables, when makes sense, we prefer to calculate them with a formula
 187 /// to reduce independent parameters and to allow easier tuning and better insight.
 188
 189 void init()
 190 {
 191   static const int Seed[RANK_NB] = { 0, 8, 19, 13, 71, 94, 169, 324 };
 192
 193   for (int opposed = 0; opposed <= 1; ++opposed)
 194       for (int phalanx = 0; phalanx <= 1; ++phalanx)
 195           for (int apex = 0; apex <= 1; ++apex)
 196               for (Rank r = RANK_2; r < RANK_8; ++r)
 197   {
 198       int v = (Seed[r] + (phalanx ? (Seed[r + 1] - Seed[r]) / 2 : 0)) >> opposed;
 199       v += (apex ? v / 2 : 0);
 200       Connected[opposed][phalanx][apex][r] = make_score(v, v * 5 / 8);
 201   }
 202 }
 203
 204
 205 /// Pawns::probe() looks up the current position's pawns configuration in
 206 /// the pawns hash table. It returns a pointer to the Entry if the position
 207 /// is found. Otherwise a new Entry is computed and stored there, so we don't
 208 /// have to recompute all when the same pawns configuration occurs again.
 209
 210 Entry* probe(const Position& pos) {
 211
 212   Key key = pos.pawn_key();
 213   Entry* e = pos.this_thread()->pawnsTable[key];
 214
 215   if (e->key == key)
 216       return e;
 217
 218   e->key = key;
 219   e->score = evaluate<WHITE>(pos, e) - evaluate<BLACK>(pos, e);
 220   e->asymmetry = popcount(e->semiopenFiles[WHITE] ^ e->semiopenFiles[BLACK]);
 221   return e;
 222 }
 223
 224
 225 /// Entry::shelter_storm() calculates shelter and storm penalties for the file
 226 /// the king is on, as well as the two adjacent files.
 227
 228 template<Color Us>
 229 Value Entry::shelter_storm(const Position& pos, Square ksq) {
 230
 231   const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 232
 233   enum { NoFriendlyPawn, Unblocked, BlockedByPawn, BlockedByKing };
 234
 235   Bitboard b = pos.pieces(PAWN) & (in_front_bb(Us, rank_of(ksq)) | rank_bb(ksq));
 236   Bitboard ourPawns = b & pos.pieces(Us);
 237   Bitboard theirPawns = b & pos.pieces(Them);
 238   Value safety = MaxSafetyBonus;
 239   File center = std::max(FILE_B, std::min(FILE_G, file_of(ksq)));
 240
 241   for (File f = center - File(1); f <= center + File(1); ++f)
 242   {
 243       b = ourPawns & file_bb(f);
 244       Rank rkUs = b ? relative_rank(Us, backmost_sq(Us, b)) : RANK_1;
 245
 246       b  = theirPawns & file_bb(f);
 247       Rank rkThem = b ? relative_rank(Us, frontmost_sq(Them, b)) : RANK_1;
 248
 249       safety -=  ShelterWeakness[std::min(f, FILE_H - f)][rkUs]
 250                + StormDanger
 251                  [f == file_of(ksq) && rkThem == relative_rank(Us, ksq) + 1 ? BlockedByKing  :
 252                   rkUs   == RANK_1                                          ? NoFriendlyPawn :
 253                   rkThem == rkUs + 1                                        ? BlockedByPawn  : Unblocked]
 254                  [std::min(f, FILE_H - f)][rkThem];
 255   }
 256
 257   return safety;
 258 }
 259
 260
 261 /// Entry::do_king_safety() calculates a bonus for king safety. It is called only
 262 /// when king square changes, which is about 20% of total king_safety() calls.
 263
 264 template<Color Us>
 265 Score Entry::do_king_safety(const Position& pos, Square ksq) {
 266
 267   kingSquares[Us] = ksq;
 268   castlingRights[Us] = pos.can_castle(Us);
 269   int minKingPawnDistance = 0;
 270
 271   Bitboard pawns = pos.pieces(Us, PAWN);
 272   if (pawns)
 273       while (!(DistanceRingBB[ksq][minKingPawnDistance++] & pawns)) {}
 274
 275   Value bonus = shelter_storm<Us>(pos, ksq);
 276
 277   // If we can castle use the bonus after the castling if it is bigger
 278   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, KING_SIDE>::right))
 279       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_G1)));
 280
 281   if (pos.can_castle(MakeCastling<Us, QUEEN_SIDE>::right))
 282       bonus = std::max(bonus, shelter_storm<Us>(pos, relative_square(Us, SQ_C1)));
 283
 284   return make_score(bonus, -16 * minKingPawnDistance);
 285 }
 286
 287 // Explicit template instantiation
 288 template Score Entry::do_king_safety<WHITE>(const Position& pos, Square ksq);
 289 template Score Entry::do_king_safety<BLACK>(const Position& pos, Square ksq);
 290
 291 } // namespace Pawns